1.1. NGUYÊN LÝ LÀM VI C C B N C A MÁY BI N ÁP 3 2 i1 i2 u1 e u2 1 Zt φ Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha Ta xét sơ đồ nguyên lý làm việc c a máy biến áp một pha hai dây quấn: Dây quấn 1 có w1 vòng dây Dây quấn 2 có w2 vòng dây Được quấn trên l i thép 3 Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện i1 trong dây quấn 1, dòng điện i1 sinh ra s c từ động F=i1.w1 s c từ động này sinh ra từ thômg φ móc vòng c hai dây quấn 1và 2. Theo định luật c m ng điện từ trong cuộn dây 1và 2 sẽ xuất hiện các s c điện động c m ng e1 và e2 nếu dây quấn 2 n i với một t i bên ngoài zt thì dây quấn 2 sẽ có dòng điện i2 đưa ra t i với điện áp u2. Như vậy năng lượng c a dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Gi thiết điện áp đặt vào là hàm s hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là hàm s hình sin Φ = Φ m = sin (ωt ) (1-1) Do đó theo định luật c m ng điện từ, s c điện động c m ng trong các cuộn dây 1và 2 sẽ là e1 = − w1 dΦ m sin(ωt ) dΦ π π = − w1 = − w1ωΦ m sin(ωt + ) = − E1 sin(ωt + ) dt dt 2 2 và e 2 = − w2 dΦ m sin(ωt ) dΦ π π = − w2 = − w 2 ωΦ m sin(ωt + ) = − E 2 sin(ωt + ) dt dt 2 2 Trong đó : E1 = .ω.w1 .Φ m E2 = 2 .ω.w2 .Φ m 2 = 4.44. f .w1 Φ m = 4.44. f .w2 Φ m Là giá trị hiệu dụng c a các s c điện động dây quấn 1 và 2. Các s c điện động c m ng trong dây quấn chậm pha so với từ thông một góc π 2 Ngư i ta định nghiã tỷ s biến áp c a máy biến áp như sau: k= E1 U 1 ≈ E2 U 2 Nếu b qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi E1 ≈ U 1 , E2 ≈ U 2 do đó k được xem như là tỷ s điện áp giữa dây quấn 1và 2 1.3. Đ NH NGHĨA MÁY BI N ÁP Từ nguyên lý làm việc cơ b n trên ta có thể định nghĩa máy biến áp như sau: Máy biến áp là một thiết bị điện từ đ ng yên, làm việc trên nguyên lý c m ng điện từ, biến đổi một hệ th ng dòng điện xoay chiều thành một hệ th ng dòng điện xoay chiều điện áp này điện áp khác, với tần s không thay đổi. Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn n i với nguồn điện để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn n i với t i để đưa điện năng ra gọi là dây quấn th cấp. Dòng điện, điện áp, công suất .. c a từng dây quấn theo tên sơ cấp và th cấp tương ng. Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp. Dây quấn có điện áp thấp gọi là dây quấn h áp. Nếu điện áp th cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp gi m áp, nếu điện áp th cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp. máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và th cấp còn có dây quấn th ba với điện áp trung bình. Máy biến áp biến đổi hệ th ng dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha, máy biến áp biến đổi hệ th ng dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến dầu, máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm trong một mặt phẳng gọi là máy biến áp m ch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm trong không gian gọi là máy biến áp m ch từ không gian. 1.4. CÁC Đ I L NG Đ NH M C Các đ i lượng định c a máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật c a máy. Các đ i lượng này do nhà máy chế t o qui định và thư ng được ghi trên nhãn máy biến áp - Dung lượng hay công suất định m c Sđm: là công suất toàn phần (hay biểu kiến ) đưa ra dây quấn th cấp c a máy biến áp, tính bằng kilô vôn –ampe (KVA) hay vôn-ampe (VA). - Điện áp dây sơ cấp định m c U1đm: là điện áp c a dây quấn sơ cấp tính bằng kilôvôn (KV) hay vôn (V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì ngư i ta ghi c điện áp định m c c a từng đầu phân nhánh. - Điện áp dây th cấp định m c U2đm: là điện áp dây c a dây quấn th cấp khi máy biến áp không t i và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định m c, tính bằng kilô vôn (KV) hay vôn(V). - Dòng điện dây định m c sơ cấp I1đm và th cấp I2đm: là những dòng điện dây c a dây quấn sơ cấpp và th cấp ng với công suất và điện áp định m c, tính bằng kilôampe (KA) hay ampe (A). - Tần s định m c fđm: tính bằng Hz. Thư ng máy biến áp điện lực có tần s công nghiệp là 50 Hz hay 60 Hz. Ngoài ra trên nhãn máy biến áp điện lực còn ghi những s liệu khác như; s pha m, sơ đồ và tổ n i dây quấn, điện áp ngắn m ch un%, chế độ làm việc (dài h n hay ngắn h n ), phương pháp làm mát .. Khái niệm “ định m c “ còn bao gồm những tình tr ng làm việc định m c c a máy biến áp nữa mà có thể không ghi trên nhãn máy như: hiệu suất định m c, độ tăng nhiệt định m c, nhiệt độ định m c c a môi trư ng xung quanh. 1.5. C U T O C A MÁY BI N ÁP Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn và v máy. 1.5.1 Lõi thép Lõi thép dùng làm m ch dẫn từ, đồng th i làm khung để quấn dây quấn. Theo hình dáng lõi thép ngư i ta chia ra - Máy bi n áp ki u lõi hay ki u tr : Dây quấn bao quanh trụ thép. Lo i này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nh và trung bình. Hình 1-2: Máy biến áp kiểu lõi 1pha , 3pha - Máy bi n áp ki u b c M ch từ được phân ra hai bên và “ bọc “ lấy một phần dây quấn. Lo i này thư ng chỉ được dùng trong một vài nghành chuyên môn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện, luyện kim, hay máy biến áp một pha công suất nh dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện, âm thanh .. Hình 1-3: Máy biến áp kiểu bọc - Máy bi n áp ki u tr b c các máy biến áp hiện đ i, dung lượng lớn và cực lớn (80- 100 MVA trên một pha ), điện áp thật cao (220-400 kV), để gi m chiều cao c a trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển, m ch từ c a máy biến áp kiểu trụ được phân sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc - Máy bi n áp m ch t không gian M ch từ c a máy biến áp được phân b trong không gian. Lo i máy biến áp này chỉ được chế t o cho lo i máy biến áp có công suất nh và trung bình. 1.5.2. C u t o lõi thép Lõi thép máy biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông. Trụ là phần lõi thép có dây quấn, gông là phần lõi thép n i các trụ l i với nhau thành m ch từ kín và không có dây quấn ( đ i với máy biến áp kiểu bọc và máy biến áp kiểu trụ – bọc thì hai trụ phía ngoài cũng đều thuộc về gông ). Để gi m tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện có bề dày (0,27-0,35 mm) có ph sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gông có thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép n i hoặc ghép xen kẽ. Ghép n i thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bu lông vít chặt l i. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép ph i ghép đồng th i và các lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự a, b. a b Hình 1-4: Ghép xen kẽ lõi thép máy biến áp ba pha Sau khi ghép, lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bu lông . Phương pháp này tuy ph c t p song gi m được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này. Do dây quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang c a trụ thép thư ng làm thành hình bậc thang gần tròn. Gông từ vì không có dây quấn, do đó, để thuận tiện cho việc chế t o tiết diện ngang c a gông có thể làm đơn gi n: hình chữ nhật , hình chữ thập hoặc hình chữ T. Để đ m b o an toàn: toàn bộ lõi thép được n i đất với võ máy và võ máy ph i được n i đất. 1.5.3. Dây qu n Dây quấn là bộ phận dẫn điện c a máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim lo i làm dây quấn thư ng bằng đồng, cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và h áp, ngư i ta chia ra hai lo i dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. - Dây qu n đ ng tâm Dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây quấn h áp thư ng quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn h áp. Với cách quấn này có thể gi m bớt điều kiện cách điện c a dây quấn cao áp. Trong dây quấn đồng tâm l i có nhiều kiểu khác nhau, dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn, dây quấn xoáy c liên tục. - Dây qu n xen k Các bánh dây quấn cao áp và h áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. 1.5.. Võ máy Võ máy gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng. - Thùng máy bi n áp Thùng máy làm bằng thép. Tùy theo dung lượng c a máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng khác nhau. Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao thoát ra dưới d ng nhiệt đ t nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác làm cho nhiệt độ c a chúng tăng lên. Để đ m b o cho máy biến áp vận hành liên tục với t i định m c trong th i gian qui định và không bị sự c , ph i tăng cư ng làm l nh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu. Đ i với máy biến áp dung lượng lớn để gi m kích th ơc c a máy và tăng cư ng làm mát, ngư i ta dùng lo i thùng dầu có ng hoặc thùng dầu có gắn các bộ t n nhiệt. Những máy biến áp có dung lượng trên 10000 kVA, ngư i ta dùng những bộ t n nhiệt có thêm qu t gió để tăng cư ng làm l nh. - N p thùng Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như. Các s đầu ra c a dây quấn cao áp và h áp. Làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn ra với võ máy. Bình giãn dầu, ng b o hiểm. Ngoài ra trên nắp còn đặt bộ phận truyền động c a cầu dao đổi n i các đầu điều chỉnh điện áp c a dây quấn cao áp. 1.6. T N I DÂY C A MÁY BI N ÁP Để máy biến áp có thể làm việc được các dây quấn pha sơ cấp và th cấp ph i được n i với nhau theo một qui luật xác định. Ngoài ra, sự ph i hợp kiểu n i dây quấn sơ cấp và th cấp cũng hình thành các tổ n i dây quấn khác nhau. Hơn nữa, khi thiết kế máy biến áp, việc qui định tổ n i dây quấn cũng ph i thích ng với kết cấu m ch từ để tránh những hiện tượng không t t như s c điện động pha không sin, tổn hao phụ tăng v.v .. Trước khi nghiên c u tổ n i dây c a máy biến áp ta hãy xét cách ký hiệu đầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau. 1.6.1. Cách ký hi u đ u dây Các đầu tận cùng c a dây quấn máy biến áp, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cu i. Đ i với máy biến áp một pha có thể tùy chọn đầu đầu và đầu cu i. Đ i với máy biến áp ba pha , các đầu đầu và đầu cu i ph i chọn một cách th ng nhất: gi sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cu i theo chiều kim đồng hồ ( hình vẽ ) thì dây quấn pha B, C còn l i cũng ph i chọn như vậy. Điều này rất cần thiết, b i vì nếu một pha ký hiệu ngược thì điện áp dây lấy ra sẽ mất tính đ i x ng. Hình 1-5: Cách qui ước các đầu đầu và đầu cu i c a dây quấn máy biến áp. Điện áp dây không đ i x ng khi ký hiệu ngược. Để thuận tiện cho việc nghiên c u ngư i ta thư ng đánh dấu lên sơ đồ dây quấn c a máy biến áp với qui ước như sau. Dây quấn cao áp Các đầu tận cùng (CA) Dây quấn h áp Đầu đầu A,B,C (HA) a,b,c Đầu cu i X,Y,Z x,y,z Đầu dây trung tính O hay N o hay n Đ i với máy biến áp ba dây quấn ngoài hai dây quấn sơ cấp và th cấp còn có dây quấn điện áp trung. Dây quấn này được ký hiệu như sau: đầu đầu bằng các chữ Am, Bm, Cm; đầu cu i bằng các chữ Xm, Ym, Zm và đầu trung tính bằng chữ Om. 1.6.2. Các ki u đ u dây qu n Dây quấn máy biến áp có thể đấu sao ( ký hiệu bằng dấu “ Y “ ) hay hình tam giác ( ký hiệu bằng dấu “ D” hay “ Δ ” ). Đấu sao thì ba đầu X, Y, Z n i l i với nhau, còn ba đầu A, B, C để tự do. Nếu đấu sao có dây trung tính thì ký hiệu bằng dấu “ Yo”. Đấu tam giác thì đầu cu i c a pha này n i với đầu đầu c a pha kia hoặc theo th tự AX – BY – CZ – A, hoặc theo th tự AX – CZ – BY – A. Các máy biến áp công suất, thư ng dây quấn cao áp được đấu Y, còn dây quấn h áp đấu tam giác, b i vì làm như vậy thì phía cao áp, điện áp pha nh đi 3 lần so với điện áp dây, do đó gi m được chi phí và điều kiện cách điện; phía h áp thì dòng điện pha nh đi 3 lần so với dòng điện dây, do đó có thể làm nh dây dẫn thuận tiện cho việc chế t o. Ngoài hai kiểu đấu dây trên, dây quấn máy biến áp có thể đấu theo kiểu zic – zăc ( ký hiệu bằng chữ “ Z” ) lúc đó mỗi pha gồm hai nữa cuộn dây trên hai trụ khác nhau n i tiếp và mắc ngược nhau. Kiếu đấu này thư ng rất ít dùng vì t n nhiều đồng hơn. 1.6.3. T n i dây c a máy bi n áp Tổ n i dây c a máy biến áp được hình thành do sự ph i hợp kiểu đấu dây quấn sơ cấp so với kiểu đấu dây quấn th cấp. Nó biểu thị góc lệch pha giữa các s c điện động dây quấn sơ cấp và dây quấn th cấp máy biến áp. Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu t sau - Chiều quấn dây - Cách ký hiệu các đầu dây - Kiểu đấu dây quấn sơ cấp và th cấp Để thuận tiện ngư i ta không dùng “độ” để chỉ góc lệch pha đó mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi là tổ n i dây c a máy biến áp. Cách biểu thị đó như sau: kim dài c a đồng hồ chỉ s c điện động dây sơ cấp đặt c định con s 12, kim ngắn chỉ s c điện động dây th cấp đặt tương ng với các con s 1, 2, ... , 12 tùy theo góc lệch pha giữa chúng là 30, 60, ..., 360o . Như vậy theo cách ký hiệu này thì máy biến áp ba pha sẽ có 12 tổ n i dây. Trong thực tế s n xuất nhiều máy biến áp có tổ n i dây khác nhau rất bất tiện cho việc vận hành và chế t o, vì thế nước ta chỉ s n xuất máy biến áp điện lực có tổ n i dây như sau. Đ i với máy biến áp một pha có tổ I/I-12, đ i với máy biến áp ba pha có các tổ n i dây Y/Yo-12 ,Y/d-11, Yo/d-11. 1.7. Nh ng hi n t ng xu t hi n khi t hóa lõi thép Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do m ch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong một s trư ng hợp những hiện tượng ấy có thể nh hư ng đến tình tr ng làm việc c a máy biến áp. Khi máy biến áp làm việc không t i nh hư ng c a hiện tượng bão hòa m ch từ lớn nhất. Nghiã là khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin, còn dây quấn th cấp h m ch. Sự nh hư ng c a hiện tượng bão hòa m ch từ với máy biến áp một pha và ba pha có sự khác nhau. Đ i với máy biến áp ba pha nh hư ng c a hiện tượng bão hòa m ch từ còn phụ thuộc vào kiểu dáng m ch từ và tổ n i dây c a máy biến áp. 1.7.1. Máy bi n áp m t pha Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng điện không t i io ch y trong nó, dòng điện không t i io sinh ra từ thông φ ch y trong lõi thép máy biến áp. Gi sử điện áp đặt vào hai đầu cuôn dây sơ cấp có d ng u=Umsin ω t và b qua điện áp rơi trên điện tr dây quấn, thì u=-e =w thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo th i gian. dφ nghĩa là từ dt π φ = φ m sin(ωt − ) . 2 Nếu không kể đến tổn hoa trong lõi thép thì dòng điện không t i io chỉ thuần túy là thành phần dòng điện ph n kháng dùng để từ hóa lõi thép io=iox . Do đó những quan hệ φ = f (io ) cũng chính là quan hệ từ hóa B=f(H). Theo lý thuyết cơ s kỹ thuật điện thì do hiện tượng bão hòa m ch từ, nếu φ là hình sin, i0 sẽ không sin mà có d ng nhọn đầu và trùng pha với φ , nghĩa là dòng điện io ngoài thành phần sóng cơ b n io1 còn có các thành phần sóng điều hòa bậc cao: bậc 3, 5, 7 ,... , trong đó thành phần sóng bậc 3 io3 lớn nhất và đáng kể hơn c , còn các thành phần khác không đáng kể có thể b qua. Nếu m ch từ càng b o hòa thì io càng nhọn đầu do đó thành phần sóng bậc cao càng lớn đặc biệt là thành phần sóng bậc ba. Khi có kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hệ φ = f (io ) là quan hệ từ trễ B(H). Khi đó dòng điện từ hóa gồm hai thành phần, tác dụng và ph n kháng, io có d ng nhọn đầu và vượt trước φ một góc α nào đó. Góc α lớn hay bé tùy thuộc m c độ trể c a B đ i với H nhiều hay ít, nghĩa là tổn hao từ trễ trong lõi thép nhiều hay ít, vì thế α được gọi là góc tổn hao từ trể. Trên thực tế Ior<10%Io , nên dòng điện Ior thực ra không nh hư ng đến dòng điện từ hóa nhiều và có thể coi Iox ≈ Io. 1.7.2. Máy bi n áp ba pha Khi không t i nếu xét từng pha riêng lẽ thì dòng điện bậc ba trong các pha io3A= Io3msin3 ωt i03B=Io3msin 3( ωt -120o)=I03msin 3 ωt i03C=I03msin 3( ωt -240o)= I03msin 3 ωt trùng pha nhau về th i gian, nghĩa là t i mọi th i điểm chiều c a dòng điện trong c ba pha hoặc hướng từ đầu đến cu i dây quấn hoặc ngược l i. Song chúng có tồn t i hay không và d ng sóng như thế nào còn phụ thuộc vào kết cấu m ch từ và cách đấu dây quấn nữa. a) Tr ờng h p máy bi n áp n i Y/y Vì dây quấn sơ cấp n i Y nên thành phần dòng điện bậc ba không tồn t i, do đó dong điện từ hóa io có d ng hình sin và từ thông do nó sinh ra sẽ có d ng v t đầu. Như vậy có thể xem từ thông tổng φ gồm sóng cơ b n φ1 và các sóng điều hòa bậc cao, φ 3, φ5 ... . Vì các thành phần từ thông bậc cao hơn 3 rất nh có thể b qua. Đ i với tổ máy biến áp ba pha, vì m ch từ c a c ba pha riêng rẽ, từ thông φ 3 c a c ba pha cùng chiều tồn t i mọi th i điểm sẽ dễ dàng khép kín trong từng lõi thép như từ thông φ1 . Do từ tr c a lõi thép rất nh , nên φ 3 có trị s khá lớn. Kết qu là trong dây quấn sơ cấp và th cấp c a máy biến áp, ngoài s c điện động cơ b n e1 do từ thông φ1 t o ra, còn có các s c điện động bậc 3 do φ 3 t o ra khá lớn E3=(4560)%E1. Do đó s c điện động tổng trong pha e=e1+e3+ .. sẽ có d ng nhọn đầu, nghĩa là biên độ s c điện đông pha tăng lên rõ rệt, như vậy hoàn toàn không có lợi cho sự làm việc c a máy biến áp và trong nhiều trư ng hợp rất nguy hiểm, như chọc th ng cách điện c a dây quấn, làm hư h ng các thiết bị điện đo lư ng và nếu trung tính n i đất dong điện bậc 3 sẽ gây nh hư ng đến đư ng dây thông tin. B i những lý do đó, trên thực tế ngư i ta không dùng kiểu n i Y/y cho tổ máy biến áp ba pha đ i với máy biến áp ba pha 5 trụ thành phần từ thông bậc cao cũng dễ dàng khép m ch trong lõi thép nên những hiện tượng xuất hiện cũng tương tự tổ máy biến áp ba pha. Đ i với máy biến áp ba pha ba trụ vì thuộc hệ th ng m ch từ chung nên hiện tương sẽ khác đi. Từ thông φ 3 bằng nhau và cùng chiều trong ba trụ thép t i mọi th i điểm, nên chúng không thể khép m ch từ trụ này qua trụ khác mà bị đẩy ra ngoài và khép m ch từ gông này đến gông kia qua không khí hoặc dầu là môi trư ng có từ tr lớn. Vì thế φ 3 không lớn lắm và có thể coi từ thông trong m ch từ là hình sin, nghĩa là s c điện động pha thực tế là hình sin. Nhưng do từ thông bậc 3 đập m ch với tần s 3f qua vách thùng, các bu lông ghép vv... sẽ gây nên những tổn hao phụ làm hiệu suất gi m xu ng. Do đó phương pháp đấu Y/y đ i với máy biến áp ba pha ba trụ cũng chỉ dùng cho máy biến áp công suất h n chế từ 5600 kVA tr xu ng. b) Tr ờng h p n i D/y Dây quấn sơ cấp n i D, nên dòng điện io3 sẽ khép kín trong tam giác đó, vì vậy dòng điện từ hóa vì có thành phần bậc 3 sẽ có d ng nhọn đầu, do đó từ thông và các s c từ động c a dây quấn sơ cấp và th cấp đều có d ng hình sin. Do đó sẽ không có hiện tượng bất lợi như trên xẩy ra. c) Tr ờng h p máy bi n áp ba pha n i Y/d Do dây quấn sơ cấp n i Y nên dòng điện từ hóa trong đó sẽ không có thành phần điều hòa bậc 3, như vậy từ thông sẽ có d ng v t đầu, nghĩa là tồn t i thành phần từ thông bậc 3 φ 3 . Từ thông bậc bậc 3 sẽ c m ng trong dây quấn th cấp s c điện động bậc 3 e23. Đến lượt e23 gây ra trong m ch vòng th cấp n i tam giác dòng điện bậc 3 i23, rõ ràng i23 sẽ sinh ra từ thông bậc 3 gần như ngược pha với φ 3 c a dòng điện sơ cấp t o nên. Do đó từ thông tổng trong lõi thép là φ = φ3 y + φ3d ≈ 0 . nh hư ng c a từ thông bậc 3 trong m ch từ không đáng kể nữa, s c điện động pha sẽ gần như hình sin. Tóm l i khi máy biến áp làm việc không t i, các cách đấu D/y, Y/d đều tránh được tác h i c a từ thông và s c điện động điều hòa bậc 3. 1.8. Trong nghiên c u máy bi n áp th ờng dùng các đ nh lu t sau 1.8.1 Đ nh lu t v c m ng đi n t . Đ nh lu t Faraday Trong các thiết bị điện từ, định luật này được viết như sau e=- dφ dt Điều đó nói rằng: một sự biến thiên c a tổng từ thông móc vòng một m ch điện sẽ t o ra một s c điện động tỷ lệ với đ o hàm c a tổng từ thông biến thiên đó. Cũng có thể viết dưới d ng e=Blv trong đó v là vận t c chuyển động c a một thanh dẫn l nằm trong từ trư ng có từ c m B vuông góc với chiều chuyển động c a thanh dẫn đó. 1.8.2. Đ nh lu t toàn dòng đi n Định luật này được diễn t như sau ∫ Hdl = ∑ i = F Tích phân vòng c a cư ng độ từ trư ng theo một đư ng khép kín bất kỳ bao quanh một s m ch điện bằng tổng dòng điện trong các m ch. F chỉ giá trị c a s c từ động lên m ch từ đó. 1.8.3. Đ nh lu t v l c đi n t . Đ nh lu t laplace − Đây là một định luật cho ta giá trị c a lực df M tác dụng trên một đơn vị − dòng điện idl đặt − điểm M có từ c m BM . Lực này bằng tích vectơ c a đơn vị dòng điện với vectơ từ c m − − − df M = idl x BM lực tác dụng trên một đo n dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trư ng bằng : f= ∫ Bi sin ϕdl l 0 trong đó ϕ là góc giữa từ c m B với vectơ dòng điện i . Nếu từ trư ng đều − − và dây dẫn thẳng, ta có f= Bil sin ϕ 1.8.4. Năng l ng tr ờng đi n t Năng lượng tổng trong một thể tích từ trư ng có μ không đổi bằng: W= ∫ μH 2 1 dV = Li 2 2 2 Trong trư ng hợp này, Li=ψ chỉ từ trư ng móc vòng b i dòng điện i và L là từ c m c a cuộn dây. Nếu thiết bị điện từ có hai hoặc nhiều m ch điện có hỗ c m điện từ thì năng lượng điện từ c a hai m ch điện có hỗ c m bằng W12= ∫ μH 2 L1i 21 L2 i 2 2 dV = + + M 12 i1i2 2 2 2 Tất c các phương trình cân bằng điện áp c a các lo i máy điện được biểu thị theo định luật Krirhôff bằng một phương trình ma trận có d ng − − u = zi trong đó: u-vectơ điện áp có các thành phần bằng các điện áp đặt vào các m ch điện tương ng với các dây quấn c a m ch điện. i- là vectơ dòng điện có các thành phần dòng điện ch y trong các m ch điện z- là ma trận tổng tr Mômen điện từ sinh ra trong máy điện sẽ bằng M=k ψ i − − trong đó ψ : - vectơ từ thông móc vòng có các thành phần bằng từ thông do các dây quấn sinh ra CH NG 2 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH TH C CH Y U C A MÁY BI N ÁP 2.1. CÁC S LI U BAN Đ U • Công suất định m c: S= 7500 KVA • Điện áp định m c : • Tần s : f=50Hz U1 = 35/22 KV, đấu Y/Y U2 • Tổn hao không t i : Po=8000 W • Tổn hao ngắn m ch : Pn=42000W • Dòng điện không t i : io=0,7% • Điện áp ngắn m ch : un=7,5% • Kiểu máy: Đặt ngoài tr i , làm việc liên tục, làm l nh bằng dầu 2.2. TÍNH CÁC Đ I L NG C B N Dựa vào nhiệm vụ thiết kế trước hết xác định các đ i lượng cơ sau đây + Công su t m t pha c a máy bi n áp St = S 7500 = = 2500(kVA ) m 3 + Công su t m t tr S' = S 7500 = = 2500(kVA) t 3 trong đó t là s trụ tác dụng t=3, m là s pha c a máy biến áp m=3 pha, S công suất định m c c a máy biến áp + Dòng đi n dây đ nh m c - Dòng điện dây phía cao áp I1 = S.10 3 3 .U 1 . - Dòng điện dây phía h áp = 7500.10 3 3 .35.10 3 = 123,72( A ) I2 = S.10 3 = 3 .U 2 . 7500.10 3 3 .22.10 3 = 196,83( A ) + Dòng đi n pha đ nh m c - Phía cao áp I f 1 = I 1 = 123 ,72( A ) - Phía h áp I f 2 = I 2 = 196 ,83( A ) + Đi n áp pha đ nh m c - Điện áp pha định m c phia cao áp, phía cao áp n i tam giác ta có Uf1 = U1 = 20.21(KV ) 3 - Điện áp pha định m c phía h áp, phía h áp n i sao ta có Uf 2 = U2 = 3 22 3 = 12,7(KV ) + Đi n áp thử dây qu n: theo phụ lục VIII trang 653 TKMĐ Để xác định kho ng cách cách điện giữa các dây quấn, các phần dẫn điện khác và các bộ phận n i đất c a máy biến áp cần ph i biết các trị s điện áp thử c a chúng. Dựa theo cấp điện áp c a dây quấn chọn điện áp thử tương ng - Điện áp thử dây quấn cao áp Ut1=80 (KV) - Điện áp thử dây quấn h áp Ut2=50(KV) + Các thành ph n đi n áp ng n m ch - Thành phần tác dụng c a điện áp ngắn m ch u nr = Pn , (%) 10.S Pn : tổn hao ngắn m ch (W) S : dung lượng máy biến áp (kVA) Thay s vào ta được u nr = 42000 = 0,56(%) 10.7500 - Thành phần ph n kháng c a điện áp ngắn m ch u nx = u n - u 2 nr = 7,5 2 - 0,56 2 = 7,48(%) 2 2.3. THI T K S TH B L I S T VÀ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH C CH Y U C A MÁY BI N ÁP 2.3.1. Thi t k s b lõi s t Từ yêu cầu c a nhiệm vụ thiết kế máy biến áp m ch từ không gian. Lõi sắt c a máy biến áp gồm hai bộ phận chính, trụ và gông. Lõi sắt là phần m ch từ c a máy biến áp do đó thiết kế nó cần ph i làm sao cho tổn hao chính cũng như tổn hao phụ nh , dòng điện không t i nh , trọng lượng tôn silic ít và hệ s điền đầy c a lõi sắt cao. Mặt khác lõi sắt còn làm khung mà trên đó để nhiều bộ phận quan trọng c a máy biến áp như dây quấn, giá đỡ dây dẫn ra. Hơn nữa, lõi sắt có thể chịu những lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn m ch. Vì vậy yêu cầu th hai c a lõi sắt là ph i bền và ổn định về cơ khí. Trụ được làm từ lá thép kỹ thuật điện ghép l i thành hình bậc thang vì vậy lá thép dùng để làm trụ gồm nhiều thếp có kích thước khác nhau. S bậc thang c a trụ càng nhiều thì tiết diện trụ càng gần tròn, nhưng s tập lá thép càng nhiều, nghĩa là s lượng các lá tôn có kích thước khác nhau càng nhiều làm cho quá trình chế t o lắp ráp lõi thép càng ph c t p Để đ m b o được đư ng kính tiêu chuẩn, kích thước lá thép từng tệp trong trụ và s bậc c a trụ cũng được tiêu chuẩn hóa. Ép trụ có rất nhiều cách, tùy theo công suất và đư ng kính trụ máy biến áp. Để gi m tổn hao trong m ch từ và đ m b o cho m ch từ chắc chắn và lực ép phân b đều trên lõi thép ta dùng băng v i th y tinh. Gông là phần m ch từ dùng để khép kín m ch từ với máy biến áp m ch từ không gian gông được làm bằng thép cuộn quấn l i. Khi chế t o gông ta dùng một miếng lót để t o lỗ tương ng với phần giữa trụ để c định trụ và gông với nhau 2.3.2. Tính toán l a ch n ph ng án: a1 a2 ao1 C a22 lo l a12 lo Hình 2-1 d: đư ng kính trụ sắt d d12 l: chiều cao dây quấn d12: đư ng kính trung bình giữa hai dây quấn hay c a r nh dầu giữa hai dây quấn Trong tính toán thiết kế máy biến áp các kích thước cơ b n trên được xác định thì hình dáng, thể tích và các kích thước khác cũng được xác định. Trong thiết kế máy biến áp thư ng dùng trị s β để chỉ quan hệ giữa đư ng kính trung bình c a các dây quấn d 12 với chiều cao l c a dây quấn gọi là tỷ s kích thước cơ b n β= π .d 12 l Trị s này biến thiên trong kho ng rộng 1,0 đến 3,6 và nh hư ng rất lớn tới đặt tính kỹ thuật và kinh tế c a máy biến áp Ch n các s li u xu t phát và tính các kích th c ch y u Các s liệu xuất phát được chọn theo điện áp thử c a các cuộn dây cao áp và h áp tra b ng ta có: U t1 = 80(kV ),U t 2 = 50(kV ) a12 - là chiều rộng rãnh dầu giữa cuộn cao áp và cuộn h áp ta chọn theo điện áp thử c a cuộn cao áp theo b ng T654 -TKMĐ ta có: a12 = 28( mm ), δ 12 = 5( mm ) δ 12 - là bề dày lớp cách điện giữa rãnh dầu, dùng ng cách điện bakelit a1 + a 2 là một kích thước dài phụ thuộc vào công suất máy biến áp, gần 3 đúng có thể xem a 1 +a 2 = k 4 S ' .10 − 2 3 S ' :Dung lượng trên 1 trụ máy biến áp k là một hệ s tra b ng 13-1 trang 456 tài liệu TKMĐ, chọn k=0,47 a1 +a2 = k 4 S ' .10 − 2 = 0,47 4 2500 .10 − 2 = 0,033( m) = 33( mm) 3 - Chiều rộng qui đổi từ trư ng t n a r = a12 + a1 + a 2 = 28 + 33 = 61( mm) 3 - Hệ s qui đổi từ trư ng t n: k r qui đổi từ trư ng t n thực tế về từ trư ng t n lý tư ng hệ s này thay đổi rất ít trong tính toán sơ bộ ta chọn k r = 0,95 2.3.2.2. Ch n v t li u Chọn thép cán nguội đẳng hướng mã hiệu 3404 dày 0,35(mm),lá tôn ph 1 lớp sơn ,chọn hệ s ép chặt kc=0,93 với mật độ từ thông trụ Bt =(1,55- 1,65)T chọn Bt = 1,62T , hệ s k g là tỷ s giữa tiết diện gông và tiết diện trụ. Máy thiết kế là máy ngâm dầu,không tấm ép ng với Sp=7500KVA tra b ng trang 457TKMĐta có đư ng kính trụ sơ bộ d=38cm ,hệ s lấp đầy kd=0,913 ,s bậcc a trụ là 9 ,nên hệ s lợi dụng lõi sắt là kl=kc .kd =0,93.0,913=0,849 .Tra b ng trang 666 ta được hệ s gông là kg=Sg/ST=1063,4/1035,8=1,022 .mật độ từ c m trong gông Bg= 1,62 = 1,585T 1,022 Mật độ từ thông trong khe h không khí B k = trong trụ và gông: Bt 2 = 1,141T . Suất tổn hao sắt Bt = 1,62T tra b ng V14 trang 617 tài liệu TKMĐ ta có: Pt = 1,353(W / Kg ) Bg = 1,585T tra b ng ta có với Bg = 1,56T Pg = 1,207(W / Kg ) , Bg = 1,58T , Pg = 1,251(W / Kg ) . Dùng phương pháp nội suy ta có: yt= Pg = Y1 . X 2 − Y2 . X 1 y 2 − y1 + xt x 2 − x1 X 2 − X1 > 1,207.1,58 − 1,251.1,56 1,251 − 1,207 + 1,585 = 1,262 (W/kg) 1,58 − 1,56 1,58 − 1,56 Suất từ hóa q c a tôn cán l nh 3404 tra b ng tr617 Bt = 1,62T , qt = 1,958(VA / kg ) , Bg = 1,585T tra b ng với B1 = 1,58T , q1 = 1,675 (VA / kg ); B 2 = 1,60T , q 2 = 1,775T ta có: yt=y1+ q g = 1,675 + , dùng phương pháp nội suy y 2 − y1 ( x t − x1 ) x 2 − x1 1,775 − 1,675 (1,585 − 1,58) = 1,7(VA / kg ) 1,60 − 1,58 2.3.2.3. Các kho ng cách cách đi n chính Dựa vào điện áp thử c a cuộn cao áp và cuộn h áp tra b ng XIV-1 để tra ra kho ng cách cách điện, ta có: - Kho ng cách cuộn h áp đến gông l01=l02=75mm - Kho ng cách cuộn h áp đến trụ: δ 01 = 5 x0,05(cm) ; a d 1 = 13(mm) ;d01=23mm;l01=45mm - Giữa dây quấn cao áp và gông δ d = 2(mm) - ng cách điện giữa dây quấn cao áp và h áp δ 12 = 6(mm ) -Giữa cuộn CA và cuộn HA a12 = 27 ( mm ) - Giữa các dây quấn cao áp a 22 = 30(mm ) - Tấm chắn giữa các pha(giữa hai cuộn cao áp) a22=30mm; δ 22 = 3( mm ) - Phần đầu thừa c a ng cách điện l d = 50(mm) 2.3.2.5. Tính các h s a. H s l i dung lõi thép: kld=kc.kđ, kđ= Tt Tb trong đó Tt(hay Tg) là tiết thuần thép hay tiết diện tác dụng c a trụ hay gông, Tg là tiết diện tác dụng toàn bộ hình bậc thang c a trụ hay gông tra b ng ta có kđ=0,913, kc= Tb T = b 2 chọn kc=0,93, trong đó Tb là tiết diện Ttr πd 4 hình bậc thang đã kể đến các chi tiết chiếm chỗ như đệm cách điện đai ép lỗ bắt gông. k ld = 0,93.0,913 = 0,849 Từ Sp ta tra ra được a=1,4; b=0,26; k f =0,81; β = 1,3 ÷ 1,6 ;ta thiết kế d ng máy với gông hình thang nhiều bậc nên có e= 0,411;chọn β =1,5 A= 164 S ' .a r . k r 2500.6,1.0,95 = 164 = 34,04 2 2 50.7,48.1,62 2.0,849 2 fu nx B t k ld A1=5,663.10-2.a.A3kld= 5,663.10 −2.1,4.0,849.34,04 3 = 2655(kg ) A2=3,6.10-2A2.kld.lo= 3,6.10 −2.34,04 2.0,849.7,5 = 265,6 (kg) B1=2,4.10-2kg.kld.A3(a+b+e) = 2,4.10 −21,022.0,849.34,04 3 (1,4 + 0,26 + 0,411) = 1701(kg) B2 = 2,4.10 -2.kg.kld.A2(a12+a22)= 2,4.10 −21,022.0,849.34,04 2 (2,7 + 3,0) = 137,54 (kg) C1 = K dq . = 2,46.10 2 S p .a 2 k f .k 2 ld .BT2 u nr . A 2 -Kn= 1,41 100 (1 + e un −πu nr u nx ) = 1,41 -M=0,2453.10 −4 k 2n k f k R 7500.1,4 2 = 3637(kg) 0,84.0,849 2.1,62 2.0,56.34,04 2 100 (1 + e 7,5 −π 0 , 56 7 , 48 ) = 33,66 Pn 4200 =0,2453.10 −4 19,353 2 0,81.0,95 =18,85 37,66.1,4 A.a Mpa B= 2 A2 + B2 2 265,6 + 137,54 = = 0,158 3 B1 3 1701 -Tỷ lệ giữa giá đồng PBV và thép 3404 là kFeCu=2,21 -C= A1 2655 = = 0,52 3B1 3.1701 -D= 2 3637 2 C1 .2,21.1,06 = 3,339 k FeCu .k cd = 3 1701 3 B1 -Ta có đẳng th c : x 5 + Bx 4 -Cx-D= x 5 + 0,158x 4 -0,52x-3,339 =0 Khi β = 1,3 ÷ 1,6 thì hàm trên đ t cực tiểu t i β = 1,3 - ng với mật độ dòng điện Jvà lực điện động cho phép , tìm ra kho ng cách h n chế c a β Có x j ≤ 4,5 2,4C1 2,4.3637 = 4,5 = 2,28 0,81.42000 k f Pn β j = x 4j = 2,28 4 = 27 xσ ≤ 3 60 60 =3 = 1,47 18,85 M βσ = xσ4 = 1,47 4 = 4,68 -Trọng lượng tôn silíc các góc c a gông ; Gg=0,493.10 −2 . k l k g A 3 x 3 = 0,493 .1,022.0,849.10 −2 .34,04 3 .x 3 = 168,7x 3 - G dq = C1 3637 = 2 (kg ) x x2 2.3.2.6. Ti t di n tr : sơ bộ tính theo công th c Tt = 0,785.k ld . A 2 .x 2 = 0,785.0,849.37,66 2 x 2 = 772,25x 2 2.3.2.7. Ti t di n khe hở không khí: m i n i thẳng Tk=Tt=772,25x2, 2.3.2.8. T n hao không t i: xác định theo công th c Po = k pf .( pT Gt + Gg. p g ) = 1,25(1,353Gt + Gg1,262) = 1,691Gt + Gg1,578 Pt = 1,353(W / Kg ) , pg=1,262(W/kg) 2.3.2.9. Công su t t hóa: theo công th c 20-45 trang 203 tài liệu 2 ta có Q=k ''f (Qc + Q f + Qk ) Qc= qT GT + qG GG = 1,958GT + 1,7GG Qf=40q T .Gg = 40.1,958Gg = 78,32Gg Q K = 3,2.qk .ST = 3,2.772,25.0,0956 X 2 = 236,25 X 2 lấy k ,f, = 1,25 Q o =k ''f (Qc + Q f + Qk ) =2,448G T +2,125G G +97,9G g +295,3X 2 β x= β 4 x2 = 4 x3 = β β 3 A 2 x 2 = 265 , 6 x 2 GT = ( A1 / x) + A2 x 2 B 1 x 3 = 1701 x 3 B 2 x 2 = 137 , 54 x 2 GG = B1 x 3 + B2 x 2 G Fe = GG + GT G = 168 , 7 x 3 P0 = 1, 691 G t + Gg 1,578 g Q0 = 2,448GT + 2,125GG i ox = Q 0 / 10 S GCu = 1,66Gdq K CuFe GCu = 2,21GCu Ctd' = GFe + K CuFe GCu J= KGdq 1.06779 1.087757 1.106682 1.124683 1.140175 1.183216 1.224745 1.264911 1.217468 2486.444 1.287052 2440.802 1.355403 2399.063 1.422624 2360.665 232.9467 224.473 216.8615 209.9752 2719.391 2665.275 2615.925 2570.64 2070.913 2189.275 2305.541 2419.883 156.8197 162.7395 168.4514 173.9759 2227.733 2352.015 2473.992 2593.859 4947.123 5017.29 5089.917 5164.5 205.3869 217.1257 228.6565 239.9967 8113.852 8218.46 8327.488 8440.063 31835.07 33128.63 34408.15 35674.08 4.244676 4.417151 4.587754 4.756544 3189.861 3073.826 2969.598 2875.301 5295.17 5102.551 4929.532 4773 11702.32 11276.64 10894.27 10548.33 16649.45 16293.93 15984.18 15712.83 2.106983 2.146384 2.183726 2.219245 22.94927 24.26093 25.54935 26.81646 36.34757 37.02725 37.67146 38.28421 50.8866 51.83815 52.74004 53.59789 2 = 3637 / x 2 k f Pn 1.6 p / 7500 G dq = C1 / x 0 1.5 2 + 97,9Gg + 295,3X = Q 1.4 2 A 1 / x = 2655 / x 4 1.3 0,81.42000 = 2,4Gdq = 119 / Gdq σ cp = Mx3 = 18.85x d = A . x = 34 , 04 x d12 = ad = 1,4d 122.9107 116.2656 110.4025 105.1859 5.154086 5.250464 5.341812 5.428701 61.74069 62.78861 63.78185 64.72659 2.3.2.11. Dòng đi n không t i - Dòng đi n không t i tác d ng ior= po % 10.S - Dòng đi n không t i ph n kháng i0x= Q0 % 10.S - Dòng đi n không t i toàn ph n io = i 2 or + i 2 0 x % trọng lượng sắt Vẽ đồ thị biểu diễn m i quan hệ giữa GFe=f( β ): 5200 5150 5100 5050 5000 4950 4900 4850 4800 Series1 1.3 1.4 1.5 beta 1.6 tổn hao ko tải Đồ thị biểu diển m i quan hệ : Po=f( β ) 8500 8400 8300 8200 8100 Series1 8000 7900 1.3 1.4 1.5 1.6 bê ta Đồ thị biểu diễn m i quan hệ io=f( β ) 4.8 Dòng I0x 4.6 4.4 Series1 4.2 4 3.8 1.3 1.4 1.5 1.6 Bêta Đồ thị biểu diễn m i quan hệ Ct’=f( β ) Giá thành 17000 16500 Series1 16000 15500 15000 1.3 1.4 1.5 Bêta 1.6 2.3.2.12. L a ch n ph ng án Theo b ng đã tính và đồ thị đã vẽ thì các đ i lượng được quan tâm theo β , GFe, Gdq, po, io, Ctd’=f( β ).Từ đồ thị ta chọn được β để Ctd’ tác dụng đ t min Vậy ta chọn β = 1,6 Từ đó suy ra đư ng kính trụ sắt lõi thép: d = A4 β = 34,04 4 1,6 =38,28(cm) d12=1,4.38,28=53,59cm - Chiều cao cuộn dây l= π .d12 π .0,5359 = = 1,05(m) 1,6 β -Tiết diện lõi sắt:S T=772,25x2=976,8cm2 -Chiều cao trụ lõi sắt lT=l+2lo=105+2.7,5=120cm -Kho ng cách giữa các trụ lõi sắt C=64,73cm CH NG 3 TÍNH TOÁN DÂY QU N MÁY BI N ÁP 3.1. CÁC YÊU C U CHUNG Đ I V I DÂY QU N Yêu cầu chung về dây quấn có thể chia thành hai lo i yêu cầu sau đây: yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế t o. 3.1.1. Yêu c u v v n hành Có thể chia thành yêu cầu về mặt điện và mặt cơ a) Về mặt điện Khi vận hành dây quấn máy biến áp có điện áp, do đó cách điện c a máy biến áp ph i t t, nghĩa là ph i chịu được điện áp làm việc bình thư ng và quá điện áp do đóng cắt m ch trong lưới điện hay do quá điện áp thiên nhiên gây nên. Quá điện áp do đóng cắt với điện áp làm việc bình thư ng, thư ng ch yếu là đ i với cách điện chính c a máy biến áp, t c là cách điện giữa các dây quấn với nhau và giữa dây quấn với v máy. Còn quá điện áp do sét đánh lên đư ng dây thư ng nh hư ng cách điện dọc c a máy biến áp. T c là giữa các vòng dây, lớp dây hay giữa các bánh dây c a từng dây quấn. b) Về mặt cơ học Dây quấn không bị biến d ng hoặc hư h ng dưới tác dụng c a lực cơ học do dòng điện ngắn m ch gây nên. c) Về mặt chịu nhiệt Khi vận hành bình thư ng cũng như trong trư ng hợp ngắn m ch, trong một th i gian nhất định, dây quấn không được nóng quá nhiệt độ cho phép. Vì lúc đó chất cách điện sẽ bị nóng qúa mà chóng hư h ng hoặc bị già hóa làm cho nó mất tính đàn hồi, hóa giòn và mất tính chất cách điện. Vì vậy khi thiết kế ph i đ m b o sao cho tuổi thọ c a chất cách điện đ t từ 15 đến 20 năm. 3.1.2. Yêu c u v ch t o Yêu cầu sao cho kết cấu đơn gi n, t n ít nguyên liệu và nhân công, th i gian chế t o ngắn và giá thành h nhưng vẫn đ m b o được các yêu cầu về mặt vận hành. 3.2. THI T K DÂY QU N H ÁP 3.2.1. L a ch n k t c u dây qu n h áp Việc lựa chọn kết cấu dây quấn kiểu nào là ph i tùy thuộc vào yêu cầu về vận hành và chế t o trong nhiệm vụ thiết kế. Những yêu cầu chính là: đ m b o độ bền về mặt điện, cơ, nhiệt, đồng th i chế t o đơn gi n và rẻ tiền. Ch yếu phụ thuộc vào những đ i lượng điện c a chúng : dòng điện t i trên một trụ It, công suất trên trụ S’ , điện áp định m c và tiết diện ngang một vòng dây s. Trước hết ta ph i xác định tiết diện c a mỗi vòng dây c a dây quấn h áp theo biểu th c: s= It ( m 2 ) (3-1) Δ tb Δ tb : mật độ dòng điện trung bình trong dây quấn được xác định theo biểu th c: Δ tb = 0,746.k f . p n .u v .10 4 ( A / m 2 ) S .d 12 Trong đó uv là điện áp c a một vòng dây được xác định theo công th c: uv=4,44.f.St.Bt.10-4=4,44.50.976,8.1,62.10-4 =35,13(V) -Trọng lượng sắtGFe=5164kg ,trọng lượng đồng GCu=4773kg -mật độ dòng điện j=2,2192A/mm2, ng suất dây quấn cho phép là σ cp=26,82 Mpa, Tổn hao không t i Po=8440,1W Ta có s vòng dây c a một pha dây quấn h áp w2 = U f2 uv = 12700 = 361,5(vòng) 35,13 ta chọn w2 là 362vòng Tính l i điện áp c a một vòng dây Δ tb = 0,746.k f . uv= U f2 w2 = 12700 = 35,08(V) 362 p n .u v 42000 .35,08 =2,3(A/mm2) . = 0,746.0,84 S .d 12 7500.53,59 s2’= Tiết diện sơ bộ vòng dây: I f 2 196,83 It =85,54(mm2) = = 2,3 Δ tb Δ tb Theo b ng 38 tài liệu 1 với S=7500(KVA), It=196,83(A), U=22(KV), , chọn dây quấn hình ng, dây dẫn hình chữ nhật, s2’=84,82(mm2)với a=5,1mm;b=16,8mm. Với dây quấn hình ng kép hai lớp quấn n i tiếp với nhau. Quấn lớp trong từ trên xu ng dưới sau đó quấn lớp ngoài quấn ngược từ dưới lên. Như vậy đầu dây lớp trong và đuôi dây lớp ngoài có điện áp bằng điện áp pha dây quấn. Giữa hai lớp dây quấn có rãnh dầu làm mát dày 6 (mm)Dây quấn đ ng 3.2.2. Tính toán dây qu n h áp -S vòng dây c a 1 l p: l2=lv2(wl2+1)+(0,5-1,5).(cm) Æ105=0,51(wl2+1)+1Æwl2=203 ng tr c m i vòng dây: kể c cách điện, sơ bộ có thể tính - Chi u cao h hv2= l2 wl 2 + 1 = 105 =0,515 (cm) 203 + 1 S vòng dây được tăng thêm 1là vì mu n quấn thành ng ph i chuyển sang vòng sau đó mới quấn được tuy mới được một vòng nhưng chiều cao ph i được tăng thêm 1 vòng chỗ chuyển vòng Căn c vào hv2 và s2’ ta chọn dây dẫn, theo b ng 44-10 tài liệu 2 ta chọn kích th ơc dây dẫn cuộn h áp như sau: - M t đ dòng đi n th c c a sây qu n Δ2 = If2 s2 = 196,83 =2,32(A/mm2) 84,82 -S lớp dây:n=362/203=1,78 vây ta quấn thành 2lớp, mỗi lớp có 181vòng - Chi u cao tính toán c a dây qu n h áp l2=hv2(w22+1)+(0,005-0,015)(m) l2=lv2(w22+1)+(0,005-0,015).103 =0,51(181+1).+1 =94(cm) trị s 0,005-0,015 m là chiều cao tăng lên kể đến việc quấn không chặt lấy bằng 7,6 mm: a 01 a 2 a' a d D' D'' 2 h 2 b b' a 21 Hình 3-1: Dùng để xác định kích thước c a dây quấn h áp - B dày c a dây qu n h áp: đ i với dây quấn hình ng kép ta có a2=(4.a’+3a22)=(4.16,1+3.5)= 79,4(mm), trong đó a’ bề dày một lớp kể c cách điện a22 là bề rộng rãnh dầu giữa hai lớp: - Đ ờng kình trong c a dây qu n h áp D2’=d+2.a01=38,28+2.0,23=38,74 (cm) - Đ ờng kính ngoài c a dây qu n h áp D2’’=D2’+2.a2=38,74+2.0,794=40,328 (cm) - B mặt làm l nh c a dây qu n h áp: theo cộng th c 3-17 M2=n.t.k. π (D2’+D2’’)l2 trong đó n là s rãnh dầu dọc trục c a dây quấn h áp: n=1, k=0,75 là hệ s kể đến sự che khuất bề mặt dây quấn do que nêm và các chi tiết cách điện khác --> M2=1.3.0,75. π (0,3874+0,40328).0,94=5,254 (m2) -Tr ng l liệu 1 ng c a dây qu n h áp: tính theo công th c 4-4a trang 103 tài D ' 2 + D '' 2 D'2 + D22 w2 .s 2 .γ Cu = 28.10 3.t. w2 s 2 2 2 0,3874 + 0,40328 626.84,82.10 − 6 = 28.10 3.3 2 GCu 2 = tπ =>GCu2=1763,3(kg), theo b ng 24 tài liệu 1 cần ph i tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên 2% nên trọng lượng c a dây dẫn là Gdd2=1,02 .GCu2=1,02.1763,3=1798,55 (kg) 3.2.3. B trí dây qu n h áp Dây quấn h áp được quấn thành b n lớp. Vì dây quấn h áp làm bằng dây dẫn hình chữ nhật nên để quấn được dây dọc theo đư ng tròn trụ ta b trí 12 căn dọc bằng gỗ. Kích thước c a căn dọc cụ thể như sau 4x20x454 mm . Căn dọc được đặt trên lớp cách điện dày 1 mm quấn quanh trụ . Quấn xong lớp th nhất ta l i đặt 12 căn dọc với kích thước 6x20x 454 mm để làm rãnh dầu dọc trục làm mát dây quấn. Hình 3-2: Dây quấn h áp 3.3. THI T K DÂY QU N CAO ÁP - S vòng dây c a dây qu n cao áp ng v i đi n áp đ nh m c w1đm=w2 U f1 Uf2 = 362 35 =576(vòng ) 22 - S b ch n m t đ dòng đi n: theo công th c 3-30 tài liệu 1 Δ1 = 2.Δ tb − Δ 2 =2. 2,3-2,32=2,28(A/mm ) 2 - S b ch n ti t di n dây dẫn s1’= I f1 Δ1 = 123,72 =54,26(mm2) 2,28 - Theo b ng VI.1 ch n dây qu n cao áp: với S=7500(KVA), Uf1=35(KV), If1=123,72 (A) ta chọn kiểu dây quấn tiết diện chữ nhật có các kích thước a=3,28;b=16,8mm;s=54,62mm2 Cách điện hai phía c a dây dẫn là 2. δ =3.2=6 (mm), chỉ dùng một sợi dây n=1 - M t đ dòng đi n th c Δ1 = I f1 s1 = 123,72 =2,265(A/mm2) 54,62 - S vòng dây trong m t l p: theo công th c 13-44a tài liệu 1 l1=lv1(wl1+1)+1Æ105=0,328(wl1+1)+1Æwl1=316vòng -S lớp dây cuộn cao áp:n= 576 =1,82 316 Vậy ta quấn thành 2 lớp , mỗi lớp có 288 vòng - B dàydây qu n cao áp a1=2a’+a11 a11=3cm là cách điện giữa 2 lớp dây cao áp a’ là chiều dày 1 sợi dây cao áp a1=2.1,68+3=6,63cm - B trí dây qu n Dây quấn cao áp được b trí làm hai nữa có rãnh dầu giữa để tăng cư ng làm mát cho dây quấn. Vì nữa bên trong t n nhiệt và làm mát khó hơn nên ta chia s lớp ít hơn, a 01 a a a 2 12 1 d Hình 3-4: B trí dây quấn để xác định kích thước dây quấn D' D'' D' D'' 2 2 1 1 a 21 a 11 - Đi n áp làm vi c gi a hai l p k nhau: U11=2.w11.uv=2.288.35,13=20205(V) Căn c vào U11 tra b ng 26 tài liệu 1 ta tra ra cách điện giữa các lớp U11=3554 ⊂ (3501-4000)V cách điện giữa các lớp gồm 40 lớp giấy cáp chiều dày c a mỗi lớp δ = 0,12 mm. Đầu thừa cách điện lớp một đầu dây quấn lđl=30 mm Kích thước rãnh dầu dọc giữa dây quấn cao áp tra b ng 44b tài liệu 1 ta có a11=6mm - Đ ờng kính trong c a dây qu n cao áp D1’=D2’’+2.a12=40,328+2.2,7=45,728 cm; a12 là bề rộng rãnh dầu giữa dây quấn cao áp và h áp a12=27mm tra theo điện áp thử c a cuộn cao áp D2’’ đư ng kính ngoài c a cuộn h áp - Đ ờng kính ngoài c a dây qu n cao áp D1’’=D1’+2.a1=45,728+2. 6,63=58,988 cm - Tr ng l ng c a dây qu n cao áp Trọng lượng c a dây quấn cao áp tính theo công th c 4-4a trang 103 tài liệu 1 D ' 1 + D '' 2 D ' 1 + D '' 1 3 GCu1 = tπ w1 .s1 .γ Cu = 28.10 .t. w1 s1 2 2 45,728 + 58,988 = 28.3 576.54,62.10 −5 2 =>GCu1= 1383,68 (kg), cần ph i tăng trọng lượng dây dẫn do cách điện lên 4% nên trọng lượng c a dây dẫn là: Gdd2=1,04 .GCu2=1,04.1383,68=1439 (kg) - B mặt làm l nh c a dây qu n cao áp L1=lv1(wl1+1)+(0,005-0,015).103=0,328(288+1)+1=95,79cm Đ i với dây quấn cao áp có hai tổ lớp , giữa chúng có rãnh dầu làm l nh tổ lớp trong quấn trực tiếp lên ng cách điện thì có ba mặt làm l nh bề mặt làm l nh được tính theo công th c 3-42c trang 94 tài liệu 1 M1=1,5.t.k. π ( D1’+D1’’)l1= =1,5.3.0,88. π (0,45728+0,58988).0,9579= 12,48 m2 Hình 3-5: Dây quấn cao áp : a1 vành đệm bằng cách điện 2- dây quấn 3- tấm lót cách điện lớp a11 Đ i với dây quấn cao áp dây dẫn tròn, nên dây quấn được quấn trên ng nhựa bakelit chiều dày ng bakelit là 3 mm chiều cao là 454 mm để tăng cư ng làm mát giữa dây quấn cao áp ta làm rãnh dầu dọc trục để t o rãnh dầu ta b trí 12 căn dọc bằng gỗ để định d ng dây quấn kích thước căn dọc như sau 6x20x454 mm. Sau khi thiết kế xong dây quấn ta ph i tính toán kiểm tra xem dây quấn thiết kế có đ m b o yêu cầu kỹ thuật đặt ra như tổn hao ngắn m ch, điện áp ngắn m ch. Dây quấn có chịu được lực cơ học khi ngắn m ch CH NG 4 TÍNH TOÁN NG N M CH 4.1. XÁC Đ NH T N HAO NG N M CH Tổn hao ngắn m ch c a máy biến áp là tổn hao trong dây quấn khi ngắn m ch một dây quấn còn dây quấn kia đặt điện áp ngắn m ch Un để cho dòng điện trong c hai dây quấn đều bằng định m c. + Tổn hao ngắn m ch có thể chia ra các thành phần như sau - Tổn hao chính, t c là tổn hao đồng trong dây quấn cao áp và h áp do dòng điên gây ra pCu1 và pCu2 - Tổn hao phụ trong hai dây quấn do từ thông t n xuyên qua dây quấn làm cho dòng điện phân b không đều trong tiết diện gây ra pf1và pf2 - Tổn hao chính trong dây dẫn ra pr1, pr2 - Tổn hao phụ trong dây dẫn ra. Tổn hao này rất nh ta có thể b qua - Tổn hao trong vách thùng dầu và các kết cấu kim lo i khác pt do từ trư ng t n gây nên Thư ng tổn hao phụ được gộp vào trong tổn hao chính bằng cách thêm vào hệ s tổn hao phụ. Vậy tổn hao ngắn m ch sẽ được tính theo biểu th c: pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt (W) 4.1.1. T n hao chính - Tổn hao trong dây quấn h áp pCu2=2,4 Δ2 2 GCu2=2,4.2,322. 1763,3=22777,89(W) - Tổn hao trong dây quấn cao áp pCu1=2,4 Δ21 GCu1=2,4. 2,2652. 1383,68=17036,62(W) 4.1.2 . T n hao ph trong dây qu n Như trên đã nói tổn hao phụ thư ng được ghép vào tổn hao chính bằng cách thêm hệ s kf vào tổn hao chính: pCu+pf=pCu.kf Do đó việc xác định tổn hao phụ là xác định trị s kf. Trị s này đôi với mỗi lo i dây quấn sẽ khác nhau. Nó phụ thuộc vào kích thước hình học c a mỗi lo i dây dẫn, vào sự sắp xếp c a dây dẫn trong từ trư ng t n ... Ngư i ta đã tìm ra biểu th c tính toán c a kf như sau: B - Dây qu n h áp n dây dẫn m dây dẫn n Hình 4-1 : Dùng để xác định tổn hao k 2 1 b l trong dây quấn h áp a φδ Đ i với dây dẫn h áp với dây quấn hình chữ nhật với n=2 theo công th c 4-10a kf2=1+0,095.108. β 2 a4.(n2-0,2), trong đó β = b.m .k r , m=39 s thanh dẫn l song song với từ trư ng t n, b=8,6mm kích thước thanh dẫn song song với từ trư ng t n , kr=0,95 hệ s Ragovski. Thay s vào ta được β= 8,6.39 0,95 =0,85127 394 n=2 s thanh dẫn thẳng góc với từ trư ng t n, a=6,5 mm kích thước c a thanh dẫn thẳng góc với từ trư ng t n kf2=1+0,095.108. β 2 a4.(n2-0,2)=1+0,095(0,85127)2.6,54(22-0,2).10-4= 1,0467 - Dây qu n cao áp n dây dẫn Hình 4-2: Dùng để xác định tổn hao trong dây quấn cao áp m dây dẫn l φδ Đ i với dây quấn cao áp dùng dây dẫn tròn theo công th c 4-10c trang 105 tài liệu 1 ta có kf1=1+0,044.108 β d4.n2 2 trong đó β = β= d .m .k r , d=1,56 mm là đư ng kính dây dẫn tròn, m=200 l 1,56.200 d .m .0,95 =0,7523 .k r = 394 l 2 8β 4 2 kf1=1+0,044.10 d .n =1+0,044.(0,7523)21,564132= 1,0025 - T n hao đ ng trong dây qu n pCu1.kf1+pCu2.kf2=pCu+pf=17036,62. 1,0025+22777,9. 1,0467=40920,84 (W) 4.1.3. T n hao chính trong dây dẫn ra Tương tự như tổn hao trong dây quấn tổn hao trong dây dẫn ra xác định bằng biểu th c - Đ i v i dây qu n h áp pr2=2,4. Δ2 2 .Gr2 (W) Δ 2 =2,32(A/mm ) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn h áp 2 Gr2=lr2.sr2. γ (kg) , lr2 chiều dài c a dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đ i với dây quấn h áp n i sao theo 4-14 trang 106 tài liệu1 ta có: lr2=7,5l=7,5.94= 705cm , sr2 tiết diện c a dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây c a cuộn h áp sr2=84,82 mm2, γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng c a đồng Gr2=lr2.sr2. γ = 705. 84,82. 8900.10-8= 5,322(kg) pr2=2,4. Δ2 2 .Gr2=2,4.2,322. 5,322=68,75(W) - Đ i v i dây qu n cao áp pr1=2,4. Δ21 .Gr1 (W) Δ 1 =2,265 (A/mm ) lấy bằng mật độ dòng điện trong dây dẫn cao áp 2 Gr1=lr1.sr1. γ (kg), lr1 chiều dài c a dây dẫn ra gần đúng có thể lấy như sau đ i với dây quấn cao áp n i tam giác theo 4-15 trang 106 tài liệu1 ta có: lr1= lr2 =705cm, sr1 tiết diện c a dây dẫn ra lấy bằng tiết diện vòng dây c a cuộn h áp sr1=54,62 mm2 , γ = 8900 (kg/m3) trọng lượng riêng c a đồng Gr1=lr1.sr1. γ = 705. 54,62. 8900.10-8=3,427 (kg) pr1=2,4. Δ21 .Gr1=2,4. 2,2652. 3,427=42,195 (W) 4.1.4. T n hao vách thùng và các chi ti t kim lo i khác Như đã biết, một phần từ thông t n c a máy biến áp khép m ch qua vách thùng dầu, các xà ép gông, các bu lông và các chi tiết bằng sắt khác. Tổn hao phát sinh trong các bộ phận này ch yếu là vách thùng dầu có liên quan đến tổn hao ngắn m ch. Tổn hao này khó tính chính xác được. Vì kích thước thùng dầu chưa biết thì đ i với máy biến áp hai dây quấn ta tính gần đúng theo công th c sau 421 tài liệu 1 pt=10.k.S, trong đó k là hệ s xác định theo b ng 40a tài liệu 1 k=0,03-0,04 ta chọn k=0,03 pt=10.k.S=10.0,03.7500= 2250 (W) 4.1.5. T ng t n hao ng n m ch c a máy bi n áp pn=pCu1.kf1+pCu2.kf2+pr1+pr2+pt =40920,84+42,195+68,75+2250= 43281,785(W) 4.1.6. T n hao ng n m ch khi đi n áp là đ nh m c pnđm=pn-0,05.pCu1.kf1=43281,785-0,05.17036,62. 1,0025=42427,82 (W) 4.1.7. Sai s c a t n hao ng n m ch so v i yêu c u đặt ra Δp n = p ndm − p ntc 42427 ,82 − 42000 .100 =1,01%<5% đ t yêu cầu về tiêu = 42000 p ntc chuẩn tổn hao ngắn m ch 4.2. XÁC Đ NH ĐI N ÁP NG N M CH Điện áp ngắn m ch c a máy biến áp hai dây quấn un là điện áp đặt vào một dây quấn với tần s định m c, còn dây kia n i ngắn m ch sao cho dòng điện c hai phía đều bằng các dòng điện định m c tương ng. Trị s un là một tham s rất quan trọng nh hư ng tới những đặc tính vận hành cũng như kết cấu c a máy biến áp. Thật vậy - Khi un bé thì dòng điện ngắn m ch In lớn gây nên lực cơ học trong máy biến áp lớn - Khi un lớn thì điện áp giáng ΔU trong máy tăng lên nh hư ng đến các hộ dùng điện - Sự phân ph i t i giữa các máy biến áp làm việc song song có un khác nhau sẽ không hợp lý Do đó để dung hòa hai nh hư ng đầu thông thư ng ngư i ta tiêu chuẩn hóa các điện áp ngắn m ch. Đồng th i qui định hai máy biến áp làm việc song song ph i có un chênh lệch không quá 10%. Vì vậy khi tính toán chỉ cho phép sai lệch với un tiêu chuẩn là 5% để đề phòng khi chế t o sai lệch 5% là vừa 4.2.1. Tính thành ph n đi n áp ng n m ch tác d ng Thành phần điện áp ngắn m ch tác dụng là thành phần điện áp rơi trên điện tr cuộn cao áp và h áp c a máy biến áp được xác định theo công th c 4-22 trang 110 tài liệu 1 unr= pn 43281,785 =0,577% = 10.S 10.7500 trong đó: pn là tổn hao ngắn m ch c a máy biến áp (W) S là dung lượng định m c c a máy biến áp (kVA) 4.2.2. Thành ph n đi n áp ng n m ch ph n kháng unx Thành phần điện áp ngắn m ch ph n kháng là thành phần điện áp ngắn m ch rơi trên điện kháng t n c a dây quấn cao áp và h áp. Đ i với máy dây quấn đồng tâm hai dây quấn có chiều cao bằng nhau theo công th c 423 tài liệu 1 ta có unx = 7,9.S , . f .β .a r .k r .10 −1 (%) 2 u v trong đó : β =π d 12 l d12=D2’’+a12=40,328+2,7=43,028 cm, là đư ng kính trung bình c a dây quấn, l=94 cm là chiều cao dây quấn β =π ar= d12 43,028 =1,438 =π l 94 a1 + a 2 + a12 =33+27=60 mm 3 kr=1- δ ; δ = a12 + a1 + a 2 99 + 27 = =0,043-->kr=1-0,043=0,957 π .940 πl là hệ s kể đến từ thông t n thực tế không hoàn toàn đi theo dọc trục. Thay s vào ta dược unx = 7,9.S , . f .β .a r .k r 7,9.7500.50.1,438.60.0,957 − 4 .10 −1 (%) = .10 = 8,41% 2 3.31,13 2 u v 4.2.3. Đi n áp ng n m ch toàn ph n Sau khi đã xác định được unr, unx ta có thể tính được un theo biểu th c un= u 2 nr + u 2 nx = 0,577 2 + 8,412 = 8,43% 4.2.4. Sai l ch c a đi n áp ng n m ch so v i tiêu chuẩn Δu n = u n − u ntc 8,43 − 7,5 .100= 0,125%<5% = 7,5 u ntc Vây sai lệch này khôngvượt quá giới h n cho phép 5% dây quấn thiết kế đ m b o yêu cầu tiêu chuẩn về điện áp ngắn m ch 4.3. TÍNH L C C H C C A DÂY QU N MÁY BI N ÁP Khi máy biến áp bị sự c ngắn m ch thì dòng điện ngắn m ch sẽ rất lớn. Những vấn đề về nhiệt đ i với máy biến áp không quan trọng lắm vì quán tính nhiệt lớn nên để đ t nóng được dây quấn nóng quá trị s cho phép thì các thiết bị b o vệ và máy ngắt tự đông ngắt phần sự c ra kh i lưới điện, do đó vấn đề còn l i là lực cơ học gây nên tác dụng nguy hiểm đ i với dây quấn máy biến áp. B i vậy để đ m b o cho máy biến áp làm việc an toàn, khi thiết kế ph i xét đến những lực cơ học tác dụng lên dây quấn khi ngắn m ch xem độ bền cơ c a dây quấn có đ hay không. Do vậy - Ph i xác định trị s cực đ i c a dòng điện ngắn m ch. - Xác định lực cơ học giữa các dây quấn. - Tính ng lực cơ c a các đệm cách điện giữa các dây quấn và b n thân dây quấn. Hình 4-3: Từ trư ng dọc và ngang trong dây quấn đồng tâm 1 2 B' Fr Fr a2 a1 a12 B l 4.3.1. Tính dòng đi n ng n m ch c c đ i a) Tr s hi u d ng c a dòng đi n ng n m ch xác l p - Dòng đi n ng n m ch xác l p phía s c p In1= 123,72 I dm 100 =14676 (A) .100 = 8,43 un - Dòng đi n ng n m ch xác l p phía th c p In2= I dm 2 196,83 100 =23349 (A) .100 = un 8,43 b) Tr s c c đ i (hay xung kích) c a dòng đi n ng n m ch kmax=(1+e −π u nr − π 0,577 )=(1+e )=1,81 8,41 u nx - Dòng đi n ng n m ch c c đ i s c p Iko1=1,41.1,81 In1=1,41.1,81.14676 =37454,62 (A) - Dòng đi n ng n m ch c c đ i th c p Iko2=1,41.1,81In2=1,41.1,81.23349 =59589 (A) 4.3.2. Tính l c tác d ng lên các dây qu n - Áp l c trung bình tác d ng lên 1 cm2 b mặt dây qu n cao áp là: theo công th c 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta có Fk=0,628(inmaxw)2 β kr.10-6=0,628(374562.576)2 1,438.0,957.10-6=4.1010N ng l c kéo lên dây qu n s c p: theo công th c σk = F 4.1010 =202351pa = 2π .w1 s1 2π .576.54,62 - Áp l c trung bình tác d ng lên 1 cm2 b mặt dây qu n h áp là: theo công th c 8-8 trang 53 tài liệu 2 ta có Fk=0,628(inmaxw)2 β kr.10-6=0,628(59589.362)2 1,438.0,957.10-6=402.10 6N - ng l c nén đ i v i dây qu n th c p Đ i với dây đồng ng lực cho phép là kcp=5-10( kG/mm2 ). Vậy qua s liệu tính toán trên ta thấy dây quấn c a máy biến áp chịu được ng lực kéo và ng lực nén khi xẩy ra ngắn m ch σk = F 402 .10 6 = =2084pa 2π .w1 s1 2π .362 ..84,82 Vì dây quấn cao áp và dây quấn h áp có chiều cao bằng nhau do đó lực chiều trục do sự phân b c a dây quấn không đồng đều không xuất hiện Ft’’=0 dây quấn h áp 1 Ft’ 1 Ft’’=0 dây quấn cao áp 2 Ft’ Ft’’=0 2 Fn=Ft’ l Ft’ Ft’’ =0 Fn=Ft’ Ft’ Ft’’=0 Như vậy các yêu cầu kỹ thuật c a dây quấn thiết kế qua tính toán kiểm tra trên đều đ t. Do đó dây quấn đã thiết kế đ t yêu cầu. CH NG 5 TÍNH TOÁN CU I CÙNG V H TH NG M CH T TÍNH TOÁN THAM S VÀ KHÔNG T I Sau khi đã xác định kích thước và trọng lượng c a dây quấn đ t yêu cầu. Ta tiến hành tính toán cu i cùng về m ch từ để xác định các kích thước cụ thể c a các bậc thang trong trụ sắt, gông từ, chiều cao c a trụ, trọng lượng c a lõi sắt .. Sau đó tính toán dòng điện không t i, tổn hao không t i và hiệu suất c a máy biến áp. 5.1 XÁC Đ NH KÍCH TH C C TH C A LÕI S T Ta chọn kết cấu lõi thép ba pha ba trụ, m ch từ không gian, trụ được ép từ các lá thép kỹ thuật điện dùng tôn cán l nh 3404 dày 0,35 mm. Trụ ép bằng đai v i th y tinh, không có tấm sắt đệm. Gông được cuộn bằng thép cuộn. - Các lá thép trong trụ thư ng được xếp đ i x ng đ i với đư ng phân giác trong góc một phần tư c a trụ. Hiện nay lõi thép máy biến áp ch yếu dùng tôn cán l nh thư ng được s n xuất theo tiêu chuẩn hóa. Với việc tiêu chuẩn hóa đó, trụ sắt sẽ được qui định s bậc, chiều dày các tập lá thép từng bậc, kích thước và sự b trí các rãnh làm mát tùy theo đư ng kính trụ. Tra b ng 41b tài liệu 1 với d=0,38m ta có trụ gồm 9bậc ,chiều cao đo n e là 13 mm kích thước c a tầng bậc c a trụ như sau: Đư ng kính d 0,38 m Không có Chiều dày các tập lá thép với chiều rọng tấm mm tấm ép nt kc 135 155 9 0,927 7 9 215 13 250 295 310 325 350 368 23 10 12 24 27 47 - T ng chi u dày các lá thép c a ti t di n tr dt=2. ∑ bt =2(47+27+24+12+10+23+13 +9+7)=344mm - Ti t di n toàn b b c thang c a tr : tra b ng 42b ta có Tbt=1035,8(cm2) -Tiết diện gông:SG=1063,4 cm2 - Ti t di n h u hi u thu n s t c a tr Lấy đư ng kính lỗ để bắt bu lông ép gông và trụ là dl=15 mm, do đó tiết diện lỗ chiếm chổ trong trụ là Sl= πd 2 l 4 = π .1,5 2 4 =1,767 cm2=0,0001767 m2 --> tiết diện hữu hiệu thuần sắt c a thép Tt=kđ(Tbt –Sl)=0,927.(1035,8-1,767)=1034,033 cm2 - S lá thép trong t ng b c c a tr • nt1= b1 .k d • nt2= b2 .k d • nt3= b3 .k d • nt4= b4 .k d δt = 7.0,927 =19 lá thép 0,35 δt = 9.0,927 =24 lá thép 0,35 δt = 13.0,927 =34 lá thép 0,35 δt = 23.0,927 =61 lá thép 0,35 • nt5=nt7= • nt6= nt7= nt8= nt9= δt δt b5 .k d b6 .k d = = 12.0,927 =32 lá thép 0,35 24.0,927 =64 0,35 δt δt = 27.0,927 =72 0,35 δt = 47.0,927 =125 0,35 b6 .k d b6 .k d δt bt .k d 10.0,927 =26 lá thép 0,35 = b6 .k d nt = trong đó: kđ là hệ s điền đầy, δ t =0,35 mm bề dày lá thép - S lá thép c n thi t đ làm tr n=2.(19+24+34+61+26+32+64+72+125)= 914 lá thép - Chi u cao c a tr s t lt=l+(lo’+lo’’) trong đó: lo’ , lo’’ là kho ng cách từ dây quấn đến gông trên và gông dưới xác định theo điện áp thử c a cuộn cao áp: ta có lo’= lo’’=75 mm Vậy chiều cao trụ sắt sẽ là: lt=957,9+2.75= 1107,9 mm - Kho ng cách gi a hai tr s t c nh nhau C=D1’’+a22=589,88+30= 619,88 mm - Ti t di n gông ở ch n i v i tr Tgt’= πd 2 = 4 π .0,38 2 4 = 0,1134m 2 - Ti t di n c a gông Tg=kg.Tt=1,03. 1035,8=1066,87 cm2 - B r ng c a gông 3 4 3 4 bg= d = 0,38 =0,285 m - S vòng qu n c n thi t c a gông n= bg .k d δ = 285.0,97 = 790 (vòng) 0,35 - Chi u cao c a gông hg= Tg bg = 1066,87 =37,4 cm 285 - Ti t di n thu n c a gông Tgt=kđ.Tg=0,97. 1066,87=1034,86 cm2 - Tr ng l ng c a tr lõi thép Gt=t.Tt.lt. γ Fe Trong đó t=3 là s trụ sắt, Tt tiết diện thuần trụ, lt chiều cao trụ, γ Fe là kh i lượng riêng c a thép, thay s vào ta có: Gt=t.Tt.lt. γ Fe =3. 0,1034.1,1079.7650=2629 (kg) - Tr ng l ng c a gông Gg=3.C.Tgt. γ Fe .2, trong đó C kho ng cách giữa hai trụ Tgt tiết diện thuần c a gông Gg=3.C.Tgt. γ Fe .2=3. 0,61988. 0,103486. 7650.2=2944,434 (kg) - Tr ng l ng gông ở góc m ch t - Tr ng l ng s t toàn b tr và gông Go=Tgt’.hg.kđ. γ Fe =0,1134. 0,0374.0,97.7650=31,47 (kg) GFe=Gt+Gg=2629+2944,434=5573,4 (kg) 5.2. TÍNH T N HAO KHÔNG T I, DÒNG ĐI N KHÔNG T I VÀ HI U SU T C A MÁY BI N ÁP Khi cấp điện áp xoay chiều có tần s định m c vào cuộn dây sơ cấp và các cuộn đây khác h m ch gọi là chế độ không t i. Tổn hao ng với chế độ không t i gọi là tổn hao không t i. Tổn hao không t i c a máy biến áp gồm có: tổn hao trong lá thép silic, tổn hao trong v máy và các chi tiết bằng sắt khác, tổn hao đồng trong dây quấn do dòng điện không t i gây ra, tổn hao do dòng điện rò trong các chất cách điện. Do máy biến áp làm việc với tần s công nghiệp nên tổn hao trong chất cách điện rất nh không đáng kể. Tổn hao đồng lúc không t i dây quấn sơ cấp rất nh có thể b qua do dòng điện từ hóa rất nh so với dòng điện định m c. Tổn hao trong v máy được tính gộp trong tổn hao phụ nên chỉ còn l i tính tổn hao trong lá thép silic. 5.2.1. T n hao không t i Ta có thể xem tổn hao không t i gồm hai phần: tổn hao trong trụ sắt và tổn hao trong gông từ - M t đ t c m trong tr Bt= uv 35,08 =1,528 T = 4,44. f .Tt 4,44.50.0,1034 - M t đ t c m trong gông Bg= Bt 1,528 =1,484T = kg 1,03 Tra b ng 45 tài liệu 1 ta có suất tổn hao sắt c a thép Bt=1,528 T ta có: B1=1,52 T, p1=1,134 (W/kg), B2=1,54 T, p2=1,168 (W/kg) dùng phương pháp nội suy ta có suất tổn hao với Bt=1,528T pt=p1+ p 2 − p1 1,168 − 1,134 (1,528 − 1,52) =1,1476 (W/kg) ( Bt − B1 ) = 1,134 + 1,54 − 1,52 B2 − B1 Với Bg=1,484T ta có: B1=1,48T, p1=1,066(W/kg), B2=1,50T, p2=1,1(W/kg) dùng phương pháp nội suy ta có suất tổn hao với Bg=1,484 T pg=p1+ p 2 − p1 1,1 − 1,066 ( Bt − B1 ) = 1,066 + (1,484 − 1,48) =1,0728(W/kg) 1,50 − 1,48 B2 − B1 Vì lõi thép được làm từ tôn cán l nh, mà m i n i giữa gông và trụ là m i ghép thẳng nên chổ m i n i chiều c a từ thông và chiều cán không trùng nhau. Làm cho tổn hao sắt trong lõi thép tăng lên. Khi tính toán tổn hao góc n i ph i nhân thêm hệ s gia tăng tổn hao góc n i kpo=kt.kpo’’ , kt=6 là s m i ghép thẳng, tra b ng 46a tài liệu 1 ta có kpo’’=1,96 Ngay chổ n i c a gông và trụ vì có khe h nên đư ng s c từ ph i đổi hướng, do đó làm tổn hao cũng tăng lên. Tổn hao này phụ thuộc vào bề mặt khe h và được đặc trưng bằng suất tổn hao bề mặt khe h pk. Vì khe h vuông góc với trụ nên từ c m trong khe h bằng từ c m trong trụ Bk=Bt=1,528 T, B1=1,52 T, p1=0,0878(W/cm2), B2=1,54 T, p2=0,0906 (W/cm2), dùng phương pháp nội suy ta có pk=p1+ (W/cm2), p 2 − p1 0,0906 − 0,0878 ( Bk − B1 ) = 0,0878 + (1,528 − 1,52) =0,08892 1 1,54 − 1,52 B2 − B - Hình dáng tiết diện gông nh hư ng rất nhiều đến sự phân b từ c m trong trụ và gông nên ph i nhân thêm hệ s gia tăng tổn hao gông kpg đ i với gông có tiết diện hình chữ nhật ta có kpg=1,04-1,07. Vì m ch từ không gian có gông tiết diện hình chữ nhật nhưng chổ m i ghép giữa gông và trụ có d ng hình tròn gần với tiết diện trụ nên ta chọn kpg=1,03 - Những yếu t công nghệ cũng nh hư ng rất lớn đến tổn hao không t i, Vì vậy khi tính toán tổn hao không t i ph i tính đến những yếu t công nghệ sau Hệ s tổn hao do tháo lắp gông trên kpt=1,02 để lồng dây quấn vào trụ làm chất lượng thép gi m xu ng Hệ s tổn hao do ép trụ để đai kpe=1,02 Hệ s tổn hao do cắt dập lá tôn thành tấm kpc Hệ s tổn hao do gấp mép hoặc khử bavia kpb sau khi dập tấm kpc.kpb=1,00 sau khi cắt dập tấm và khử bavia l i thép. Vậy tổn hao không t i c a máy biến áp được tính theo công th c sau po={kpc.kpb[pt.Gt+pg(Gg-NGo)+ pt + p g 2 Go .k po ]+ ∑ p k .n k .Tk }ppg.ppe.kpt Tk tiết diện khe h không khí nơi m i ghép, vì m i ghép vuông góc nên Tk=Tt=0,1034 m2, nk =6 s khe h không khí, N=6 s góc m ch từ, thay s vào ta được po={1,0[1,1476. 2629+1,0728.( 2944,434-6. 31,47)+ 1,1476 + 1,0728 . 2 31,47.6.1,96]+ 0,1034.6. 889,2}1,02.1,02.1,03=7432,48 (W) - Sai s c a tổn hao không t i so với tiêu chuẩn Δp = p o − p 0 tc 7432,48 − 8000 .100=0,447%<5% = 8000 p otc Vậy tổn hao không t i c a máy biến áp nằm trong giới h n cho phép 5.2.2. Công su t t hóa Công suất từ hóa gồm ba bộ phận: phần trong gông, phần trong trụ, phần trong khe h không khí. Được tính theo công th c Qo=Qot+Qog+Qok=qt.Gt+qg.Gg+ ∑ n k .q k .Tk 5-1 Cũng tương tự như tổn hao không t i công suất từ hóa c a lõi thép làm bằng tôn cán l nh cũng ph i kể đến những hệ s sau: Hệ s làm tăng công suất từ hóa gông Hệ s kể đến sự tăng công suất từ hóa do tháo lắp gông trên để cho dây quấn vào trụ Hệ s kể đến việc ép m ch từ để đai Hệ s kể đến việc cắt gọt bavia. Hệ s kể đến nh hư ng c a việc cắt dập lá tôn Hệ s kể đến việc tăng công suất từ hóa các góc n i trụ và gông c a lõi thép Vậy công th c 5-1 cần ph i nhân thêm hệ s gia tăng tổn hao kb tra b ng 4-1a trang 27 tài liệu 2 ta có kb=2,0 qk Công suất từ hóa 1 m2 mỗi khe h không khí: theo (4-9d) tài liệu thiết kế 2 ta có qk=7050.Bt2=7050. 1,580672=17614,55 VAr/m2 Suất tổn hao q c a tôn cán l nh 3404 tra b ng 50 tài liệu 1 với Bt=1,528 T tra b ng ta có B1=1,52 T, q1=1,480 (VA/kg) , B2=1,54T, q2=1,486 (VA/kg), dùng phương pháp nội suy ta được: qt=q1+ q 2 − q1 1,486 − 1,48 (1,528 − 1,52) =1,4824(VA/kg) ( B t − B1` ) = 1,48 + 1,54 − 1,52 B2 − B1 Với Bg=1,484 T, tra b ng ta có B1=1,48T, q1=1,276 (VA/kg), B2=1,50 T, q2=1,330 (VA/kg), dùng phương pháp nội suy ta được qg=q1+ q 2 − q1 1,33 − 1,276 (1,484 − 1,48) =1,2868 (VA/kg) ( B g − B1` ) = 1,276 + 1,50 − 1,48 B2 − B1 Thay s vào ta có công suất từ hóa: Qo=kb(Qot+Qog+Qok)=kb(qt.Gt+qg.Gg+ ∑ n k .q k .Tk ) Qo=2,0(1,4824. 2629+1,2868. 2944,434+6. 0,1034. 17614,55)= 37228,4 (VAr) 5.2.3. Dòng đi n không t i: Sau khi tính được tổn hao không t i và công suất từ hóa ta tính được dòng điện không t i - Thành ph n dòng đi n không t i tác d ng ior= po 7432,48 =0,0991 % = 10.S 10.7500 - Thành ph n dòng đi n không t i ph n kháng iox= Qo 37228,4 = =0,4964% 10.S 10.7500 - Thành ph n dòng đi n không t i toàn ph n io= i 2 or + i 2 ox = 0,09912 + 0,49642 = 0,5062% - Sai s c a thành ph n dòng đi n không t i so v i tiêu chuẩn Δi o = io − i0tc 0,5062 − 0,7 = .100 =0,2769% <15% 0,7 iotc Vậy các tham s không t i là tổn hao không t i và dòng điện không t i c a máy biến áp thiết kế đều đ m b o tiêu chuẩn đặt ra. Hệ th ng m ch từ c a máy biến áp đ t yêu câu: 5.2.4. Hi u su t c a máy bi n áp η % = (1 − po + pn 7432,48 + 43282 ) =99,33% ).100 = (1 − S dm + p o + p n 7500000 + 7432,48 + 43282 Hình 5-1 : Kích thước cụ thể c a m ch từ CH NG 6 TÍNH TOÁN NHI T C A MÁY BI N ÁP 6.1. Đ I C NG Tính toán nhiệt là tính toán nhiệt tr ng thái xác lập, nghĩa là khi máy biến áp làm việc liên tục với t i định m c, tr ng thái xác lập này toàn bộ nhiệt lượng do dây quấn và lõi sắt phát ra đều khuấch tán ra xung quanh. Đư ng khuấch tán c a dòng nhiệt có thể phân ra các đo n sau: - Từ trong dây quấn hay lõi sắt ra mặt ngoài tiếp xúc với dầu bằng truyền dẫn - Quá độ từ mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt vào dầu - Từ dầu mặt ngoài dây quấn hay lõi sắt truyền tới mặt trong thùng dầu bằng đ i lưu - Quá trình quá độ từ dầu vào vách thùng dầu - Cu i cùng là nhiệt truyền từ vách thùng truyền ra không khí xung quanh bằng b c x và đ i lưu. Qua mỗi quá trình truyền đó thì nhiệt độ gi m dần, nghĩa là nó gây nên một lượng gi m nhiệt độ, kết qu là so với môi trư ng không khí xung quanh thì các bộ phận trong máy biến áp có một nhiệt độ chênh nào đó so với môi trư ng không khí xung quanh. Trị s dòng nhiệt càng lớn thì nhiệt độ chênh càng lớn. Tính toán nhiệt trong máy biến áp gồm các phần sau đây - Tính nhiệt độ chênh qua từng phần - Chọn kích thước thùng dầu b o đ m t a nhiệt t t, nghĩa là làm sao cho nhiệt độ dây quấn, lõi sắt và dầu không quá m c qui định 6.2. TÍNH NHI T Đ CHÊNH QUA T NG PH N 6.2.1. Tính toán đ chênh nhi t c a dây qu n - Nhi t đ chênh c a dây qu n h áp Nhiệt độ chênh này ch yếu là hiệu s nhiệt độ c a các lớp cách điện δ Gọi nhiệt độ chênh này là θ o 2 theo công th c 6-1 tài liệu 1 ta có θ o2 = q 2 .δ 2 λ cd 2 , oC trong đó: δ =0,3.10-3m là chiều dày cách điện một phía (m) λ cd 2 là suất dẫn nhiệt c a lớp cách điện c a dây dẫn, tra theo b ng 54-tài liệu 1 ta có λ cd 2 =0,17 (w/m oC) q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn tính theo công th c: q2= pCu 2 .k f 2 M2 kf2 là hệ s tổn hao phụ c a dây quấn h áp kf2=1,0467 pCu2 là tổn hao đồng trong dây quấn h áp pCu2=22777,89 (W) M2 là bề mặt t a nhiệt c a dây quấn h áp M2=5,254 (m2) Thay s vào ta có: q 2= pCu 2 .k f 2 M2 = 22777,89.1,0467 = 4537,8 (W/m2) 5,254 - Độ chênh nhiệt c a dây quấn h áp: θ o2 = q 2 .δ 2 λ cd 2 = 4537,8.0,3.10 −3 =8,008 oC 0,17 - Nhi t đ chênh c a dây qu n cao áp Tương tự như dây quấn h áp ta có: θ o1 = q1 .δ 1 λcd 1 o C trong đó: δ =0,2.10-3 m là chiều dày cách điện một phía (m) λcd 1 là suất dẫn nhiệt c a lớp cách điện c a dây dẫn, tra theo b ng 54-tài liệu 1 ta có λcd 1 =0,17 (w/m oC) q là mật độ dòng nhiệt trên bề mặt dây quấn tính theo công th c: q1= pCu1 .k f 1 M1 kf1 là hệ s tổn hao phụ c a dây quấn h áp kf1=1,0025 pCu1 là tổn hao đồng trong dây quấn h áp pCu1=17036,62 (W) M1 là bề mặt t a nhiệt c a dây quấn h áp M1=12,48 (m2) Thay s vào ta có: q 1= pCu1 .k f 1 = M1 17036,62.1,0025 =1368,53 (W/m2) 12,48 - Độ chênh nhiệt c a dây quấn cao áp: θ o1 = q1 .δ 1 λcd 1 = 1368,53.0,2.10 −3 =1,161 oC 0,17 6.2.2. Nhi t đ chênh gi a mặt ngoài dây qu n đ i v i d u θ od Hiệu s nhiệt độ này phụ thuộc vào năng lượng tổn hao c a dây quấn và thư ng được xác định theo công th c kinh nghiệm gần đúng - Dây qu n h áp đ i v i d u Dây quấn h áp làm bằng dây dẫn hình chữ nhật, dây quấn hình ng không có rãnh làm mát ngang trục được tính theo công th c 6-10a trang 140 tài liệu1 θ od 2 =k.q 0,6 k=0,285 là hệ s kinh nghiệm, q2là mật độ dòng nhiệt c a dây quấn h áp, thay s vào ta được: θ od 2 =k.q =0,285. 4537,8 =44,56 C 0,6 0,6 o - Dây qu n cao áp đ i v i d u Dây quấn cao áp làm bằng dây dẫn tròn dây quấn hình ng không có rãnh dầu ngang trục được tính theo công th c 6-10a trang 140 tài liệu1 θ od 2 =k.q 0,6 k=0,285 là hệ s kinh nghiệm, q1 là mật độ dòng nhiệt c a dây quấn cao áp, thay s vào ta được: θ od 1 =k.q =0,285. 1368,53 0,6 0,6 =21,7 oC 6.2.3 Nhi t đ chênh trung bình c a dây qu n đ i v i d u - Dây qu n h áp θ 02dtb = θ 02 + θ od 2 =44,56+8,008=52,568 oC - Dây qu n cao áp θ 01dtb = θ 01 + θ od1 =1,161+21,7= 22,861 oC 6.3. TÍNH TOÁN NHI T C A THÙNG D U Thùng dầu đồng th i là v máy c a máy biến áp trên đó có đặt các chi tiết quan trọng như s ra c a dây quấn cao áp và h áp, ng phòng nổ, bình gi n dầu .. vì vậy thùng dầu ngoài yêu cầu t n nhiệt t t còn ph i đ m b o các tính năng về điện như đ m b o kho ng cách cách điện cho phép giữa dây quấn với vách thùng, có độ bền cơ học đ m b o, chế t o đơn gi n và có kh năng rút gọn được kích thước bên ngoài. Việc tính toán đây ch yếu căn c vào yêu cầu t n nhiệt để thiết kế được một lo i thùng thích hợp, sau đó kiểm tra l i xem với kết cấu thùng như vậy nhiệt độ chênh c a các bộ phận c a máy biến áp có đ t tiêu chuẩn nhà nước qui định không. 6.3.1. Ch n lo i thùng Đ i với máy biến áp m ch từ không gian ba trụ nằm ba đỉnh c a một tam giác đều ta chọn hình dáng v gi ng với hình giáng ruột với đáy có ba góc được vê tròn. Làm mát máy biến áp bằng bộ dang hình tam giác t n nhiệt gắn vào ba mặt bên c a thùng theo b ng 57 tài liệu 1 ta chọn bộ t n nhiệt kiểu ng thẳng. 6.3.2. Ch n các kích th c t i thi u bên trong thùng Căn c vào kích thước đã biết c a lõi sắt, dây quấn, để chọn các kho ng cách cách điện t i thiểu từ dây dẫn ra đến các bề mặt c a dây quấn, đến vách thùng và các bộ phận n i đất khác c a máy biến áp. Từ đó sẽ quyết định kích thước t i thiểu bên trong c a thùng. s1 Dây dẫn ra cao áp s3 Dây dẫn ra h áp d1 d2 s4 s2 Dây quấn cao áp Dây quấn cao áp Hình 6-1: Các kho ng cách t i thiểu bên trong thùng: Các kho ng cách trên chọn theo điện áp thử c a dây quấn cao áp và điện áp thử c a dây quấn h áp s1 là kho ng cánh từ dây dẫn ra cao áp đến vách thùng và bằng s2 kho ng cách c a dây dẫn ra c a dây quấn cao áp đến chính dây quấn cao áp tra b ng 31-tài liệu thiết kế 1 ta có s1=s2=32 mm d1 là đư ng kính dây dẫn ra có bọc cách điện c a dây quấn cao áp, với điện áp 22 KV thì d1=25 mm s3 là kho ng cách từ dây dẫn ra c a dây quấn h áp đến vách thùng tra b ng 32 tài liệu 1 ta có s3=25 mm s4 là kho ng cách từ dây dẫn ra c a dây quấn h áp đến dây quấn cao áp tra b ng 32-tài liệu 1 ta có s4=50 mm d2 là kích thước dây dẫn ra không bọc cách điện c a dây quấn h áp d2=10mm s5 là kho ng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng: theo các kích thước trên ta có: s1+d1+s2=32+32+25=89 mm s3+d2+s4=25+10+50=85 mm Ta chọn kho ng cách giữa dây quấn cao áp và vách thùng s5=90 mm -Xác đ nh chi u cao c a thùng d u Chiều cao c a thùng dầu gồm hai phần: H=H1+H2 (m) H1 là kho ng cách từ đáy thùng đến hết chiều cao lõi sắt, được xác định như sau H1=lt+2.hg+n.10-3 (m) trong đó n là chiều dày tấm đệm lót dưới gông n=30-50 mm chọn n=40 mm lt chiều cao trụ lt=1,1079 m hg là chiều cao c a gông hg= 0,374 m thay s vào ta được: H1=1,1079+2. 0,374+40.10-3=1,8959 m H2 Chiều cao t i thiểu từ gông đến nắp thùng: tra theo b ng 58 ta được H2=350 mm =0,35 m Vậy chiều cao c a thùng dầu là: H=H1+H2=1,8959+0,35=2,2459 m ta chọn chiều cao thùng dầu để phù hợp với kích thước c a bộ t n nhiệt. 6.3.3 S b tính b mặt đ i l u, b c x c a thùng d u - B mặt b c x C Hình 6-2: Dùng để xác định bề mặt đ i lưu và b c x : a b o c Theo hình 6-2 ta có tam giác abc là tam giác đều suy ra cung ab=ba=ca do đó ta có bề mặt b c x c a thùng dầu Mbx=(3.C+3. π .( D '' 1 +2.s5 ) 3 ).H.k k là hệ s kể đến nh hư ng c a d ng mặt thùng sơ bộ tra b ng 59 tài liệu 1 ta có k=1,5-2,0 chọn k=1,6 Mbx=(3.C+ π (D1’’+2.s5)).H.k=(3.0,61988+ π (0,589988+2.0,09).2,2459.1,6 =15,375 (m2) - B mặt đ i l u c a thùng Căn c vào tổng tổn hao, vào nhiệt độ chênh giữa vách thùng và môi trư ng xung quanh sơ bộ xác định bề mặt đ i lưu c a thùng theo công th c 1,05∑ p 6-22 trang 146 tài liệu 1 Mđl’= 2,5θ 1, 25 tk − 1,12 M bx ∑p là tổng tổn hao không t i và ngắn m ch ∑p =po+pn=7432,48+43282=50714,48 (W) - Nhi t đ chênh trung bình cho phép c a d u đ i v i không khí: tính cho dây quấn nóng nhất, dây quấn h áp θ dk =65- θ o2 dtb =65-52,568=12,432 C o - Nhi t đ chênh c a l p d u trên so l i không khí 1,2. θ dk =1,2. 12,432=14,92oC<60 oC - Nhi t đ chênh trung bình c a vách thùng đ i v i không khí Trị s chênh nhiệt độ giữa dầu và vách thùng biến thiên trong kho ng 26 oC trong tính toán sơ bộ ta chọn θ dt =4 oC, lấy dự phòng 2 oC từ đó ta có θ tk = θ dk - θ dt -2=12,432-4-2=6,432 C o Sơ bộ ta có bề mặt đ i lưu c a thùng Mđl’= 1,05∑ p 2,5θ 1, 25 tk − 1,12 M bx = 1,05.50714,48 2 1, 25 − 1,12.5,671 = 23,416 (m ) 2,5.6,432 TÀI LI U THAM KH O 1. Thiết kế máy biến áp điện lực : Phan Tử Thụ Nhà xuất b n khoa học và kỹ thuật 2. Thiết kế máy biến áp : Ph m Văn Bình , Lê Văn Doanh Nhà xuất b n khoa học và kỹ thuật 3. Máy điện I, II : Vũ Gia Hanh – Trần Khánh Hà Nhà xuất b n khoa học và kỹ thuật